三次握手建立连接，四次挥手释放连接——TCP协议的核心机制
TCP协议的三次握手（Three-way Handshake）和四次挥手（Four-way Handshake）是建立和终止可靠网络连接的核心机制,它们确保了通信双方能够同步状态并安全地交换数据;
TCP连接的常用术语
| 术语 | 全称 | 含义说明 |
|---|---|---|
| SYN | Synchronous | 建立连接标志位。用于发起连接请求，携带初始序列号（ISN）。在三次握手中前两次出现。 |
| ACK | Acknowledgement | 确认标志位。表示已收到数据，携带确认号（Acknowledge number）。建立连接后所有报文必须设置ACK=1。 |
| PSH | Push | 推送标志位。要求接收方立即将数据提交给应用层（而非等待缓冲区满）。常见于HTTP请求/响应报文。 |
| FIN | Finish | 终止连接标志位。表示发送方数据已发送完毕，请求关闭连接。在四次挥手中由双方各发送一次。 |
| RST | Reset | 复位标志位。强制中断异常连接（如端口未监听、处理超时），接收方会立即释放资源。 |
| URG | Urgent | 紧急标志位。表示报文包含紧急数据，需优先处理（配合紧急指针使用）。实际应用较少。 |
| Seq | Sequence Number | 32位序列号。标识数据字节流的起始位置（首字节编号）。建立连接时随机生成，后续按数据长度递增。 |
| Ack | Acknowledge Number | 32位确认号。期望收到的下一字节序列号（值为收到的Seq+数据长度）。若携带数据，则下次Seq=本次Ack。 |
| Window Size | Advertised Window | 16位窗口大小。接收方告知发送方可接收的数据量（流量控制）。动态调整防止缓冲区溢出。 |
| Checksum | Header Checksum | 16位校验和。验证TCP头部和数据完整性，防止传输错误。 |
| Data Offset | Header Length | 4位头部长度。标识TCP头部长度（单位：4字节），用于定位数据起始位置。 |
| Flags | Control Bits | 9位控制位集合。包含SYN/ACK/PSH/FIN/RST/URG等标志位（各占1位）。 |
| MSS | Maximum Segment Size | 最大报文长度。在SYN报文中协商，表示本方可接收的最大TCP数据段（不含头部）。典型值1460字节（以太网）。 |
| ISN | Initial Sequence Number | 初始序列号。连接建立时随机生成的Seq起始值，防止历史报文混淆（旧连接报文ISN不同）。 |
| TIME_WAIT | Time Wait State | 主动关闭方最终状态。等待2MSL（60-120秒）确保被动方收到ACK，同时让网络中旧报文失效。 |
| MSL | Maximum Segment Lifetime | 报文最大生存时间。IP报文在网络中的最长存在时间（通常30秒-2分钟），TIME_WAIT=2MSL。 |
关键补充说明：
-
Seq与Ack的协作
-
发送数据：
Seq标识数据起始位置（如Seq=100，数据长度50 → 下一包Seq=150） -
确认数据：
Ack=101表示已正确接收Seq=100的数据，期望接收Seq=101的数据
-
-
标志位组合示例
场景
典型标志位组合
建立连接
SYN=1, ACK=0
确认连接
SYN=1, ACK=1
数据传输
ACK=1, PSH=1（可选）
关闭连接
FIN=1, ACK=1
强制中断
RST=1, ACK=1
-
为什么需要随机ISN？
防止历史连接干扰：若ISN固定，延迟的旧报文可能被误认为新连接数据，随机ISN大幅降低冲突概率（32位空间约42亿组合）
✅ TCP 三次握手过程详解
确保客户端（Client）和服务端（Server）双向通信能力正常，并同步初始序列号（ISN），防止历史连接混淆。
整个连接过程分为三个部分：1、连接建立 2、数据传输 3、连接关闭
📌 第一次握手：
- 客户端（主机A） 向 服务器（主机B） 发送一个 TCP 报文段。
- 标志位
SYN = 1，表示请求建立连接。 - 随机生成一个初始序列号
seq = x。
- 标志位
- 此时客户端进入 SYN_SENT 状态，等待服务器确认。
🔹 报文内容：
SYN=1,seq=x
📌 第二次握手：
- 服务器（主机B） 收到请求后，回应一个 TCP 报文段。
- 设置标志位
SYN = 1和ACK = 1，表示同意建立连接并确认收到客户端的 SYN。 - 确认号
ack = x + 1，即对客户端的seq=x进行确认。 - 随机生成自己的初始序列号
seq = y。
- 设置标志位
🔹 报文内容：
SYN=1,ACK=1,ack=x+1,seq=y
📌 第三次握手：
- 客户端（主机A） 接收到服务器的响应后，进行验证：
- 检查确认号
ack是否为x + 1。 - 检查
ACK标志是否为 1。
- 检查确认号
- 若验证通过，则发送最后一个确认报文：
- 标志位
ACK = 1。 - 确认号
ack = y + 1，即对服务器的seq=y进行确认。
- 标志位
🔹 报文内容：
ACK=1,ack=y+1
✅ 握手完成：
- 服务器收到第三次握手的确认报文后，双方连接正式建立，可以开始传输数据。
- 客户端和服务器都进入 ESTABLISHED（已建立连接） 状态。
为什么是三次？
-
两次握手的风险： 若失效的
SYN报文延迟到达服务端，服务端会误认为新连接已建立（浪费资源）。 -
三次握手解决： 客户端在第三步能判断是否是历史连接（通过
ACK的合理性），决定是否终止。
✅ TCP 四次挥手过程详解
TCP 是全双工通信，因此连接的关闭需要双方都确认不再发送数据。四次挥手是为了确保数据完整传输后，安全地关闭连接。
📌 参与角色：
- 主机A（客户端 或 主动关闭方）
- 主机B（服务器 或 被动关闭方）
📌 第一次挥手：
- 主机A 发送一个 FIN 报文段，表示自己不再发送数据，但仍可以接收数据。
- 标志位
FIN = 1 - 序列号
seq = u（前面已传输数据的最后一个字节序号 + 1）
- 标志位
🔹 报文内容：
FIN=1,seq=u
- 此时主机 A 进入 FIN-WAIT-1 状态。
📌 第二次挥手：
- 主机B 收到 FIN 后，发送一个 ACK 报文段进行确认。
- 标志位
ACK = 1 - 确认号
ack = u + 1（对主机 A 的 FIN 进行确认）
- 标志位
🔹 报文内容：
ACK=1,ack=u+1
- 主机 B 进入 CLOSE-WAIT 状态；主机 A 收到后进入 FIN-WAIT-2 状态。
📌 第三次挥手：
- 主机B 处理完自己的数据后，发送 FIN 报文段给主机 A，表示它也要关闭连接。
- 标志位
FIN = 1 - 序列号
seq = v（根据前面的数据序号继续）
- 标志位
🔹 报文内容：
FIN=1,seq=v
- 主机 B 进入 LAST-ACK 状态；主机 A 收到后进入 CLOSE-WAIT 并发送最后的 ACK。
📌 第四次挥手：
- 主机A 收到主机 B 的 FIN 后，回复一个 ACK 报文段进行确认。
- 标志位
ACK = 1 - 确认号
ack = v + 1
- 标志位
🔹 报文内容：
ACK=1,ack=v+1
- 主机 A 进入 TIME-WAIT 状态，并等待 2MSL（Maximum Segment Lifetime）时间后正式关闭连接；
- 主机 B 收到 ACK 后进入 CLOSED 状态。
✅ 挥手完成：
- 双方连接完全关闭，资源释放。
- TIME-WAIT 状态的存在是为了确保最后一个 ACK 能被对方收到，防止“网络中残留报文”干扰新连接。
🧠 小贴士：
-
关闭双向通道： 收到对方的
FIN只表示对方不再发送数据，己方可能仍需发送剩余数据。 -
步骤拆分： 被动方的
ACK（第二步）和FIN（第三步）无法合并（因应用层关闭时间不确定）。
| 问题 | 解释 |
|---|---|
| 为什么是四次？ | 因为 TCP 是全双工通信，每一端都需要单独关闭发送方向 |
| 为什么要有 TIME-WAIT？ | 确保最后一个 ACK 被对方收到；避免旧报文干扰新连接 |
| 如果第三次挥手丢失怎么办？ | 主机 B 会重传 FIN，直到收到 ACK |
关键问题解析
1. TIME_WAIT状态的作用（等待2MSL）
-
确保被动方收到
ACK： 若ACK丢失，被动方会重发FIN，主动方能响应。 -
消除历史报文干扰： 等待足够时间（
2MSL，通常1-4分钟），确保网络中所有此连接的报文消失。
2. 半关闭状态（Half-Close）
-
第二次挥手后，连接处于半关闭状态：被动方仍可发送数据（如传输剩余文件）。
3. 异常情况处理
-
握手失败： 若
SYN未收到响应，客户端会超时重试（指数退避）。 -
挥手
ACK丢失： 被动方重发FIN，主动方在TIME_WAIT期间可响应。
TCP报文格式
- 源端口号（Source Port，16位）：发送方的端口号。
- 目的端口号（Destination Port，16位）：接收方的端口号。
- 序列号（Sequence Number，32位）：用于对发出的数据包进行编号，以保证数据传输的顺序和准确性。
- 确认号（Acknowledgment Number，32位）：期望从对方接收到的下一个字节的序列号，实现可靠传输。
- 头部长度（Data Offset，4位）：指示TCP头的长度，以32位字为单位。通常最小值是5，表示没有选项的情况。
- 保留字段（Reserved，6位）：保留供将来使用的字段，目前必须设置为0。
- 标志位（Flags，6位）：
- CWR (Congestion Window Reduced): 拥塞窗口减少标志。
- ECE (ECN-Echo): 显示网络拥塞或支持显式拥塞通知。
- URG (Urgent Pointer field significant): 紧急指针字段有效。
- ACK (Acknowledgment field significant): 确认号字段有效。
- PSH (Push function): 推送功能。
- RST (Reset the connection): 重置连接。
- SYN (Synchronize sequence numbers): 同步序号用于发起连接。
- FIN (No more data from sender): 发送方已无数据发送。
- 窗口大小（Window Size，16位）：表示发送本报文段的一方的接收窗口还有多少空间，用于流量控制。
- 校验和（Checksum，16位）：用于确保TCP报文段在传输过程中的完整性。
- 紧急指针（Urgent Pointer，16位）：只有当URG标志被设置时才有效，它指出本报文段中紧急数据的位置。
- 选项（Options，长度可变）：可选参数，如最大报文段长度（MSS）、窗口扩大因子等。
- 填充（Padding）：使整个TCP头部的长度为32位的整数倍，一般用0填充。